Componentes de un sistema de refrigeración
Introducción
¡Hola respetable estudiante!
¿Cómo te has sentido? ¿Qué te ha parecido esta unidad de aprendizaje? Espero que la encuentres fascinante. Te comparto los siguientes temas que son muy interesantes, ampliarán tus conocimientos y desarrollarán tus habilidades.
En esta sesión de Componentes de un sistema de refrigeración revisarás como su nombre lo indica, los componentes de un sistema de refrigeración, la función principal que tienen en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, así como algunas peculiaridades de cada uno. Empezaremos por mencionar que son cuatro los elementos básicos o componentes de un sistema de refrigeración, sin embargo, existen otros que, aunque no entran en un análisis termodinámico, sirven mucho para llevar a cabo un buen funcionamiento en el sistema.
Dichos componentes son el filtro deshidratados, el recipiente de líquido y el termostato. Sobre estos componentes hablaremos un poco menos, pero se puede decir que representan una importancia relevante en el sistema.
En relación a los componentes principales, como ya se revisó en clases pasadas, decimos que son: compresor, condensador, dispositivo de expansión y evaporador. En conjunto, estos elementos constituyen el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, el cual nos ayuda a generar frío a partir de una sustancia refrigerante.
Estos componentes exhiben características individuales únicas, las cuales se interpretan de manera directa por los procesos termodinámicos que ocurren con el refrigerante a su paso por todo el ciclo. Compresión, condensación, expansión y evaporación son los procesos que se generan en cada componente y que a detalle se explican en el desarrollo de esta sesión.
Finalmente, dentro de esta clase podrás encontrar información sobre las diferentes presentaciones de cada componente y ello te permitirá relacionar la aplicación en específico de cada tipo para las diversas situaciones en donde un sistema de refrigeración es empleado.
En relación con lo anterior, ¡prosigamos nuestro trabajo de aprendizaje!
¡Adelante!
Desarrollo del tema
Un sistema de refrigeración posee componentes que lo constituyen para poder generar todos en conjunto, una cantidad de frío o dicho de otra forma, la capacidad de extracción de calor en algún recinto. Los componentes o elementos básicos de un sistema de refrigeración por compresión de vapor son cuatro: Compresor, Condensador, Dispositivo de Expansión y Evaporador. A continuación se menciona a detalle cada uno de estos componentes.
Compresor
Este elemento es el corazón del sistema de refrigeración por compresión de vapor. Se encarga de impulsar al refrigerante por todo el sistema aportándole energía cinética al fluido una vez que lo recoge a la salida del evaporador. El proceso que realiza este componente se llama compresión.
La compresión de vapor se lleva a cabo a partir de condiciones de temperatura y presión bajas. El refrigerante que proviene del evaporador, se encuentra a baja presión y es justamente el compresor el que se encarga de elevar esta variable en el refrigerante, al mismo tiempo que aumenta su temperatura. El proceso de compresión tiene lugar en la zona de vapor sobrecalentado.
Existen diferentes tipos de compresores, dependiendo de su aplicación, es que estos elementos son seleccionados. Existen varias clasificaciones para estas máquinas, una de ellas es la que se muestra en la Diagrama 1.
Condensador
Tanto el condensador como el evaporador, son equipos de intercambio de calor empleados en el sistema de refrigeración. La función del condensador es condensar el refrigerante mediante un rechazo de calor hacia el ambiente. Este componente o equipo se encuentra en la etapa o región de alta presión en el sistema de refrigeración. La diferencia de entalpías en el condensador se llama tasa de rechazo de calor. Cuando esta diferencia está en unidades de potencia térmica (Watts o BTU), el calor rechazado toma el nombre de energía térmica disipada por unidad de tiempo. Cuando está en unidades de kJ/kg, se le conoce como una tasa de rechazo de calor específico.
Dependiendo del tipo de componente de refrigeración que se esté manejando, los condensadores están dispuestos en diversos arreglos. Por ejemplo, en refrigeración comercial existen varios tipos de arreglos que funcionan como condensador, tales como condensador espiral, de bobina y de pared caliente. Además, para otras aplicaciones, los condensadores cambian su forma.
A continuación, analiza detenidamente el recurso digital y da clic en el menú horizontal para cambiar de diapositiva.
Dispositivo de expansión
El dispositivo de expansión reduce la presión elevada que lleva el refrigerante a la salida del condensador. Esta disminución de presión se presenta acompañada de una reducción en la temperatura en el proceso de estrangulamiento que es generado en la expansión del refrigerante. Existen diferentes dispositivos de expansión empleados en los sistemas de refrigeración. Los más utilizados son: válvula de expansión (que puede ser mecánica o electrónica), tubo capilar, tubo corto y válvula de expansión para aire acondicionado automotriz.
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Evaporador
Al igual que el condensador, el evaporador es un intercambiador de calor. Este es el componente donde se absorbe el calor del recinto a refrigerar. La diferencia entre la entalpía a la salida y la de la entrada en este componente se le conoce como efecto refrigerante. Cuando el efecto refrigerante es multiplicado por el flujo másico, se obtiene la capacidad de refrigeración. Cuando no se toma en cuenta el flujo másico del refrigerante, también se puede llamar capacidad de refrigeración específica. Las unidades del efecto refrigerante y la capacidad de refrigeración son kJ/kg y kW, respectivamente.
Te invito a revisar concienzudamente el siguiente recurso digital. Para navegar en él, da clic en el menú horizontal.
Otros componentes
Como se mencionó al inicio de la clase, además de estos cuatro componentes, el sistema de refrigeración también emplea otros que complementan y ayudan al correcto funcionamiento del sistema. Estos componentes se describen a continuación.
Filtro deshidratador
Este componente protege el circuito de A/C. Se localiza entre la salida del condensador y la válvula de expansión, en el circuito de alta presión. Cumple diferentes funciones:
- Retener la humedad y los contaminantes del sistema (durante la vida útil del filtro deshidratante).
- Finalizar y asegurar la condensación del líquido.
- Compensar las variaciones de volumen del líquido.
- Asegurar el retorno de aceite al compresor.
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Recipiente de líquido
Los recipientes de líquido aseguran la compensación de las variaciones de volumen del gas refrigerante en las instalaciones de refrigeración y de acondicionamiento de aire. Estas variaciones de volumen son debidas a las variaciones generadas por las diferencias de temperaturas de funcionamiento en diversas estaciones y a las secuencias de apertura y cierre de la válvula de expansión que llena o no el evaporador de gas refrigerante.
Los recipientes de líquido permiten igualmente almacenar el gas refrigerante de la instalación, para las operaciones de mantenimiento o de reparación [1].
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Termostato
El termostato es un elemento muy importante del sistema de refrigeración, éste componente es el encargado de regular la temperatura en los mismos. La función principal que desempeña es la de regular el suministro de líquido refrigerante necesario a través de una válvula que se abre o se cierra dependiendo de la temperatura de trabajo del compresor [2]. En el diagrama 2 muestra las partes del termostato para un sistema de refrigeración.
Las ecuaciones que modelan cada uno de estos componentes se describieron en la sesión 3. Por lo que aquí conviene repasarlas a manera de complemento de esta sección.
La selección de los componentes del sistema de refrigeración se realiza mediante catálogo, a través de una previa identificación de necesidades en el sistema.
Existen diferentes marcas y cada marca ofrece sus productos con características peculiares. A continuación se muestra el procedimiento para la selección de cada componente.
- Selección del compresor
- Selección del condensador y evaporador
- Selección del dispositivo de expansión
- Selección del recipiente de líquido
- Selección del termostato
- Selección del filtro deshidratador
A manera de complemento de tu aprendizaje te invito a revisar el siguiente material en video:
Conclusión
Para concluir, en esta sesión se revisaron los componentes de un sistema de refrigeración. Además, de los cuatro componentes básicos, se revisó que existen otros que pueden llamarse complementarios o accesorios, los cuales, si bien no entran en el análisis termodinámico en donde se puede determinar el desempeño energético del sistema, si son de una importancia relevante para que el sistema funcione de manera correcta.
En el caso por ejemplo del termostato, éste funciona como un elemento de control y regulación de la temperatura, la cual es de gran significancia a la hora de operar el sistema de refrigeración, porque con este elemento se puede controlar la temperatura y con ello se puede manipular un sistema para diferentes condiciones de frío, baja, media y alta temperatura son los niveles que se pueden establecer mediante el uso del termostato.
Las aplicaciones para estos niveles son, respectivamente, congelación, refrigeración y climatización, por obvias razones, los rangos de temperatura de evaporación que se manejan van desde los -25°C hasta los +10°C.
Para el caso del filtro deshidratador y del recipiente de líquido, éstos se usan para mantener en condiciones óptimas de funcionamiento el sistema y también para dar seguridad en el mismo, respectivamente.
Se revisó también la forma en la cual se seleccionan estos componentes, así como también diferentes geometrías y tipos, que varían de acuerdo a la aplicación la cual puede ser refrigeración doméstica, comercial, industrial y para la industria automotriz.
Finalmente, el sistema de refrigeración, como cualquier otro tiene su complejidad, es importante siempre tener en mente que la operación del mismo no está relacionada con el diseño. Por lo que en el diseño del sistema deberá tomarse en cuenta la presión y la temperatura, mientras que en la operación, se debe tomar en cuenta que el aceite debe ser compatible con el refrigerante, además de otras cosas.
Hemos arribado al final de nuestra clase. ¡Te felicito, bien hecho! Por favor resuelve la consigna definida para este tema; esfuérzate y trabaja lo suficiente para que la entregues en tiempo y forma.
Te encuentro en la siguiente clase digital. ¡Ánimo, vas avanzando muy bien en tu aprendizaje! Hasta luego.
Fuentes de información
Depósito de compensación – RLVCY – CARLY – para circuito frigorífico / de metal / cilíndrico
¿Qué es el Termostato? – Glosario de mecánica | Hello Auto.
Recambio del termostato: válvula de aguja móvil y de purga | Gates Europe